JP2018163186A - Optical circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、光導波路を備える光回路基板に関するものである。 The present disclosure relates to an optical circuit board including an optical waveguide.
携帯型のゲーム機や通信機器に代表される電子機器の高機能化が進むに伴い、多くの情報を高速で伝送できる光導波路を備えた光回路基板の開発が進められている。なお、光回路基板は、配線基板と、配線基板上に設けられており、下部クラッド層、反射面を備えるコア、および上部クラッド層を有する光導波路と、光導波路上に実装された光学素子とを備えている。 Development of an optical circuit board having an optical waveguide capable of transmitting a large amount of information at a high speed has been promoted as electronic devices typified by portable game machines and communication devices have been advanced. The optical circuit board is provided on the wiring board, the optical waveguide having the lower clad layer, the core having the reflecting surface, and the upper clad layer, and the optical element mounted on the optical waveguide. It has.
光回路基板では、光信号が光学素子と光導波路との間で伝送される。そのため、光導波路上に実装された光学素子が光導波路に対して傾いてしまうと、光損失が大きくなり光信号が正確に伝送されない場合がある。これにより、電子機器が正常に作動しない虞がある。 In the optical circuit board, an optical signal is transmitted between the optical element and the optical waveguide. Therefore, if the optical element mounted on the optical waveguide is inclined with respect to the optical waveguide, the optical loss may increase and the optical signal may not be transmitted accurately. Thereby, there exists a possibility that an electronic device may not operate | move normally.
本開示における光回路基板は、表面に複数の第1パッドを有する配線基板と、第1パッドが位置する領域を含む配線基板表面に位置する下部クラッド層、下部クラッド層上に位置しているコア、および下部クラッド層上にコアを被覆するように位置しており平坦な上面を有する上部クラッド層を有しており、コアが上面に対して斜め方向に延在する反射面を有する光導波路と、光導波路に位置しており第1パッドを底面とする複数のビアホールと、光導波路上に位置し、平坦な下面を有しており下面において反射面と対向する位置に発光部および受光部の少なくとも一方を備えるとともに、第1パッドと対向する位置に複数の第2パッドを有する光学素子とを備えており、光学素子の下面と上部クラッド層の上面とが互いに当接しており、第1パッドと第2パッドとが前記ビアホール内で導電材料により固着されていることを特徴とするものである。 An optical circuit board according to the present disclosure includes a wiring board having a plurality of first pads on the surface, a lower cladding layer located on the wiring board surface including a region where the first pads are located, and a core located on the lower cladding layer And an optical waveguide having a reflective surface that is positioned so as to cover the core on the lower cladding layer and has a flat upper surface, and the core extends obliquely with respect to the upper surface. A plurality of via holes located in the optical waveguide and having the first pad as a bottom surface, and located on the optical waveguide and having a flat lower surface, the light emitting unit and the light receiving unit are disposed at positions facing the reflecting surface on the lower surface. An optical element having at least one and having a plurality of second pads at positions facing the first pad, the lower surface of the optical element and the upper surface of the upper cladding layer being in contact with each other, It is characterized in that the pad and the second pad is fixed by a conductive material within the via hole.
本開示の光回路基板によれば、光学素子と光導波路との間で光信号伝送の安定性が向上する。これにより、電子機器を正常に作動させることが容易な光回路基板を提供することができる。 According to the optical circuit board of the present disclosure, the stability of optical signal transmission is improved between the optical element and the optical waveguide. Accordingly, it is possible to provide an optical circuit board that can easily operate the electronic device normally.
図1〜図3を基にして、本開示の光回路基板の実施形態の一例を説明する。第1実施形態である光回路基板Aは、配線基板10と、光導波路20と、光学素子30と、を備えている。配線基板10は、光導波路20および光学素子30を位置決めして固定し、光学素子30と外部(マザーボード等)とを電気的に接続する機能を有する。光導波路20を介して光学素子30と外部(光学装置等)との間で光信号が伝送される。光学素子30において光信号と電気信号との変換が行われる。
An example of an embodiment of the optical circuit board according to the present disclosure will be described with reference to FIGS. The optical circuit board A according to the first embodiment includes a
配線基板10は、絶縁基板11と配線導体12とを備えている。絶縁基板11は、コア用の絶縁層11aとビルドアップ用の絶縁層11bとを有している。コア用の絶縁層11aは、複数のスルーホール13を有している。コア用の絶縁層11aは、例えば、絶縁基板11の剛性を確保して平坦性を保持する等の機能を有する。コア用の絶縁層11aは、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等を含浸した半硬化状態のプリプレグを、加熱しながら平坦にプレス加工することで形成される。
The
ビルドアップ用の絶縁層11bは、複数のビアホール14を備えている。ビルドアップ用の絶縁層1bは、例えば、後で詳しく説明する配線導体12等の引き回し用スペースを確保する等の機能を有する。ビルドアップ用の絶縁層11bは、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等を含む樹脂フィルムを、真空下でコア用の絶縁層11aに貼着して熱硬化することで形成される。
The
配線導体12は、コア用の絶縁層11aの表面、ビルドアップ用の絶縁層11bの表面、スルーホール13の内部およびビアホール14の内部に位置している。スルーホール13の内部に位置する配線導体12は、コア用の絶縁層11aの上下表面に位置する配線導体12間を導通している。ビアホール14の内部に位置する配線導体12は、ビルドアップ用の絶縁層11bの表面に位置する配線導体12と、コア用の絶縁層11aの表面に位置する配線導体12間を導通している。配線導体12は、例えばセミアディティブ法やサブトラクティブ法により、銅めっき等の良導電性金属により形成されている。
The
配線基板10は、上面に複数の第1パッド15を有している。第1パッド15は、後述する光学素子30の第2パッド31と、例えば半田等の導電材料16を介して接続される。また、配線基板10は、上面に複数の部品接続パッド17および下面に複数の基板接続パッド18を有している。部品接続パッド17は、例えば半導体素子等の電子部品Sが接続される。基板接続パッド18は、例えば外部回路基板(不図示)が接続される。第1パッド15、部品接続パッド17、および基板接続パッド18は、配線導体12の一部から成り、配線導体12の形成時に同時に形成される。
The
光導波路20は、第1パッド15が位置する領域を含む配線基板10の上面に位置している。光導波路20は、下部クラッド層21、コア22、および上部クラッド層23を備えている。また、光導波路20は、第1パッド15を底面とする複数のビアホール24を有している。ビアホール24は、例えばレーザー加工により形成される。また、ビアホール24は、下部クラッド層21および上部クラッド層23を形成するときに、露光および現像により形成しても構わない。
The
下部クラッド層21は、例えば10〜20μmの厚みを有する平坦な形状である。下部クラッド層21は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂から成る感光性シートあるいは感光性ペーストを、配線基板10上に被着あるいは塗布した後、露光および現像により所定の形状に形成して熱硬化することで形成される。
The
コア22は、四角形状の断面を有しており、例えば30〜40μmの厚みを有する細い帯状である。コア22は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂から成る感光性シートを、真空状態で下部クラッド層21上に被着して露光および現像により帯状に形成した後、熱硬化することで形成される。コア22形成用の感光性シートを形成する樹脂の屈折率は、下部クラッド層21および上部クラッド層23形成用の感光性シートやペーストを構成する樹脂の屈折率よりも大きいものを用いる。
The
コア22は、第1反射面26aおよび第2反射面26bを有している。第1反射面26aおよび第2反射面26bは、上部クラッド層23の上面から下部クラッド層21の下面にかけて斜め方向に延在する切断面により構成される。第1反射面26aの上方には、光学素子30が位置している。第1反射面26aは、光学素子30から発光された光信号の向きを変更してコア22に光信号を伝送させる。あるいは、コア22を伝送してきた光信号の向きを変更して光学素子30に光信号を受光させる。また、第2反射面26bの上方には、光ファイバFが接続されたコネクタCが位置している。第2反射面26bは、コネクタCから伝送された光信号の向きを変更してコア22に光信号を伝送させる。あるいは、コア22を伝送してきた光信号の向きを変更してコネクタCに光信号を伝送させる。
The
なお、コア22の中心軸と第1反射面26aおよび第2反射面26bの中心位置とは一致しており、この中心軸と中心位置とを基準にして光信号が伝送される。ここで、中心軸とは、四角形状のコア22の断面の1対の対角線が交わる位置を指す。また、中心位置とは、四角形状の第1反射面26aおよび第2反射面26bの1対の対角線が交わる位置を指す。第1反射面26aおよび第2反射面26bは、例えば光導波路20の直上から斜め方向にレーザー光を照射してコア22を切断することにより形成される。あるいは、光導波路20の直上から斜め方向にブレードを切り込ませることにより形成しても構わない。コア22を切断した後は、例えばプラズマ処理やブラスト処理等により表面処理を行っても構わない。
Note that the central axis of the
上部クラッド層23は、下部クラッド層21の上面に位置しており、コア22を被覆している。上部クラッド層23は、コア22上方において、例えば10〜20μmの厚みを有しており、平坦な上面を有している。上部クラッド層23の上面において、後述する光学素子30の発光部32もしくは受光部33と対向する領域の表面の粗さは、算術平均粗さRa=10nm以下であれば、光信号が乱反射して拡散することを低減するのに有利である。また、これ以外の領域の表面の粗さは、算術平均粗さRa=30〜100nmであれば、例えば光学素子30を樹脂で封止する場合に、樹脂と上部クラッド層23の上面との密着強度を向上させることが可能になり、光学素子を外部環境から確実に保護することに有利である。
The
上部クラッド層23は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂から成る感光性シートあるいは感光性ペーストを、下部クラッド層21およびコア22を被覆するように被着あるいは塗布して露光および現像した後、熱硬化することで形成される。上部クラッド層23の厚みは、10〜20μmであっても構わない。
The upper clad
上部クラッド層23の上面は、凹部25を備えていても構わない。凹部25には、例えば後述する光学素子30の発光部32もしくは受光部33が位置する。凹部25は、例えばレーザー加工により形成される。凹部25の底面の粗さは、算術平均粗さRa=10nm以下であれば、光信号が乱反射して拡散することを低減するのに有利である。凹部25の開口径は、光学素子30の発光部32もしくは受光部33の外径よりも10〜20μm程度大きく形成しても構わない。これにより、光学素子30の実装に有利である。
The upper surface of the
光学素子30は、例えば垂直共振器面発光レーザーやフォトダイオード等が挙げられる。光学素子30は、平坦な下面を有している。光学素子30は、下面において第1反射面26aと対向する位置に発光部32および受光部33の少なくとも一方を有している。また、光学素子30は、下面において第1パッド15と対向する位置に第2パッド31を有している。光学素子30は、その平坦な下面と上部クラッド層23の平坦な上面とが互いに当接した状態で、光導波路20上に位置している。第2パッド31と第1パッド15とは、ビアホール24内で例えば半田等の導電材料16により固着されている。
Examples of the
このように、本開示の光回路基板Aは、光学素子30の平坦な下面と上部クラッド層23の平坦な上面とが互いに当接しているとともに、第2パッド31と第1パッド15とをビアホール24内で固着させている。このため、光学素子30が、光導波路20に対して傾いてしまうことを低減できる。これにより、発光部32もしくは受光部33と第1反射面26aとの位置精度の保持が容易になる。その結果、光学素子30と光導波路20との間で正確に光信号を伝送することが可能になり、電子機器が正常に作動可能な光回路基板Aを提供することができる。
Thus, in the optical circuit board A of the present disclosure, the flat lower surface of the
ところで、光学素子30は、図2に示す第2実施形態のように、その下面から突出した発光部32および受光部33の少なくとも一方を有している場合がある。このような場合には、突出した発光部32もしくは受光部33が、上部クラッド層23の上面に位置する凹部25内に位置するようにする。このようにすることで、光学素子30が、その平坦な下面と上部クラッド層23の平坦な上面とを互いに当接する状態で光導波路20上に位置することができる。なお、発光部32もしくは受光部33は、例えば平面視で四角形状をしている。
By the way, the
これにより、発光部32もしくは受光部33と第1反射面26aとの位置精度を保持することが容易になる。その結果、光学素子30と光導波路20との間で正確に光信号を伝送することが可能になり、電子機器が正常に作動可能な光回路基板Bを提供することができる。また、発光部32もしくは受光部33が凹部25内に位置することで、発光部32もしくは受光部33と第1反射面26aとの間隔が小さくなるため光信号の拡散防止にも有利であり、光学素子30と光導波路20との間でより正確に光信号を伝送することができる。
Thereby, it becomes easy to maintain the positional accuracy between the
なお、本開示は、上述の実施形態の一例に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、本例においては凹部25の開口径が、発光部32もしくは受光部33の外径よりも10〜20μm程度大きい場合を示したが、3〜5μm程度であっても構わない。これにより、光学素子30の実装性が低下する虞はあるものの、光学素子30の下面から突出した発光部32もしくは受光部33および凹部25を、光学素子30と光導波路20との位置決め手段としても活用することで、両者の位置精度の向上に資することができる。
Note that the present disclosure is not limited to the above-described exemplary embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present disclosure. For example, in this example, the case where the opening diameter of the
また、本例では配線基板10が、ソルダーレジスト層を有していない一例を示したが、配線基板10が、絶縁基板11の上面および下面の両方またはいずれか片方の面に、部品接続パッド17や基板接続パッド18を露出する開口部を備えるソルダーレジスト層を有していても構わない。これにより、例えば半導体素子Sを実装する際の熱処理により、配線導体12が受けるダメージを軽減できる。
Further, in this example, the
さらに、本例では、上部クラッド層23の上面が、光学素子30の下面から突出する発光部32もしくは受光部33に対向する領域に、凹部25を有する一例を示したが、光学素子30の下面が別の突出部位を有している場合には、上部クラッド層23の上面が、この突出部位に対向する領域にさらに別の凹部を有していても構わない。これにより、光学素子30が、下面の突出部位の有無にかかわらずに、光学素子30の平坦な下面と上部クラッド層23の平坦な上面とを互いに当接する状態で光導波路20上に位置することができる。
Furthermore, in this example, an example in which the upper surface of the
10 配線基板
15 第1パッド
16 導電材料
20 光導波路
21 下部クラッド層
22 コア
23 上部クラッド層
24 ビアホール
26a 反射面
30 光学素子
31 第2パッド
32 発光部
33 受光部
A、B 光回路基板
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記第1パッドが位置する領域を含む前記配線基板表面に位置する下部クラッド層、該下部クラッド層上に位置しているコア、および前記下部クラッド層上に前記コアを被覆するように位置しており平坦な上面を有する上部クラッド層を有しており、前記コアが前記上面に対して斜め方向に延在する反射面を有する光導波路と、
該光導波路に位置しており前記第1パッドを底面とする複数のビアホールと、
前記光導波路上に位置し、平坦な下面を有しており該下面において前記反射面と対向する位置に発光部および受光部の少なくとも一方を備えるとともに、前記第1パッドと対向する位置に複数の第2パッドを有する光学素子と、を備えており、
前記光学素子の下面と前記上部クラッド層の上面とが互いに当接しており、前記第1パッドと前記第2パッドとが前記ビアホール内で導電材料により固着されていることを特徴とする光回路基板。 A wiring board having a plurality of first pads on the surface;
A lower clad layer located on the surface of the wiring substrate including a region where the first pad is located, a core located on the lower clad layer, and a core located on the lower clad layer An optical waveguide having an upper cladding layer having a flat upper surface, the core having a reflective surface extending obliquely with respect to the upper surface;
A plurality of via holes located in the optical waveguide and having the first pad as a bottom surface;
Located on the optical waveguide and having a flat lower surface, the lower surface includes at least one of a light emitting unit and a light receiving unit at a position facing the reflective surface, and a plurality of positions at a position facing the first pad. An optical element having a second pad,
An optical circuit board, wherein a lower surface of the optical element and an upper surface of the upper clad layer are in contact with each other, and the first pad and the second pad are fixed by a conductive material in the via hole. .
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